Effet de l'emplacement des écrans thermiques sur les reprises

Jun 12, 2024

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 15118 (2022) Citer cet article

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Cette étude a examiné l'efficacité des emplacements de placement des écrans thermiques pendant le processus de reprise pour éviter les dommages thermiques et mécaniques aux composants adjacents du réseau de billes et à leurs joints de soudure sur l'assemblage de cartes de circuits imprimés double face. Trois types d'emplacements de placement d'écran thermique ont été utilisés : échantillon X, placement d'écran thermique individuel sur les composants adjacents de l'emplacement de reprise ; l'échantillon Y, en forme de U, et l'échantillon Z, un écran thermique de forme carrée placé respectivement à l'emplacement de la source de chaleur. Les résultats des tests de teinture et de traction, la thermographie infrarouge et les mesures de température ont été analysés pour comprendre la relation entre l'emplacement de l'écran thermique et les dommages causés aux joints de soudure lors des reprises. Le placement d'un écran thermique à l'emplacement de la source de chaleur sur le composant retravaillé peut réduire les températures maximales sur les emplacements adjacents des composants retravaillés jusqu'à 8,18 %. Les températures maximales du centre et du coin du composant BGA peuvent être maintenues en dessous de 195 °C et 210 °C, respectivement, pour améliorer la qualité des joints de soudure des emplacements adjacents des composants de reprise en réduisant les dommages causés aux joints de soudure de plus de 50 % par les fissures de soudure. Ceci est utile pour la gestion thermique lors des retouches impliquant le placement de composants de réseaux de billes haute densité sur un assemblage de circuits imprimés double face.

La retouche des assemblages de circuits imprimés (PCBA) est fréquemment utilisée dans l'industrie manufacturière comme un effort bénéfique pour réduire les déchets et, par conséquent, pour augmenter le chiffre d'affaires total de l'entreprise. La refonte des PCBA devient de plus en plus cruciale en période de difficulté à obtenir des composants, de demande accrue de flexibilité et de cycles de développement de produits courts pour que le produit soit prêt pour le marché1,2. Le principal avantage de la refonte d’un PCBA est qu’en fonction de l’étendue des dommages, elle peut être réalisée plus rapidement que son remplacement3.

Le processus de refonte des composants du réseau à billes (BGA) est connu sous le nom de refonte du réseau de zones. Les joints de soudure sont dissimulés sous le corps du composant, ce qui rend la refonte des dispositifs à réseau plus difficile4. La combinaison des exigences de température de fonctionnement plus élevées du brasage sans plomb et de la nature sensible des composants matriciels rend difficile la définition d'une procédure de reprise pour les composants BGA sans plomb5. Dans la conception de produits haute densité, plusieurs composants BGA sont placés à proximité les uns des autres ; par conséquent, les emplacements adjacents des composants de reprise présentent un risque élevé d'être exposés aux refusions thermiques pendant la reprise6. Plusieurs obstacles ne peuvent être surmontés qu'en introduisant des méthodes nouvelles ou révisées, telles que des profils thermiques plus stricts et une précision extrême lors des procédures de retouche des PCBA7.

Un écran thermique est utilisé pour éviter les dommages thermiques ou mécaniques au composant, à la carte de circuit imprimé (PCB), aux emplacements des composants de reprise adjacents et aux joints de soudure. L'écran thermique peut minimiser l'écart de température entre les côtés inférieur et supérieur du PCBA pendant le processus de refusion d'air chaud pour le retrait et l'assemblage du BGA, réduisant ainsi l'exposition au transfert de chaleur vers les composants adjacents8. Des dommages aux composants et des fissures dans les joints de soudure peuvent être causés par une refusion involontaire des joints de soudure des composants adjacents9. En raison de l'interaction entre la soudure à base d'étain et les plots de cuivre, un composé intermétallique (IMC) se produira pendant le processus d'assemblage et lors de l'entretien des joints de soudure10. Les faibles caractéristiques mécaniques de la soudure peuvent être causées par une couche IMC très épaisse. De plus, la forme de l'IMC a un impact important sur la fiabilité des joints de soudure11. En raison de leur fragilité intrinsèque, les IMC épais se brisent facilement et les contraintes induites par la transformation longitudinale provoquées par une réaction de volume négatif s'accumulant à l'interface soudure/IMC et au sein de la couche IMC peuvent provoquer une dégradation des propriétés mécaniques12. Le bouclier thermique pendant le processus de retouche empêche également les couches IMC sur les joints de soudure des composants adjacents de devenir trop épaisses, ce qui pourrait avoir un impact sur la qualité et la fiabilité du joint de soudure13. Des études limitées ont porté sur la gestion thermique à l'aide d'un bouclier thermique lors de retouches impliquant le placement de composants haute densité sur un PCBA double face14,15.